Лунная пыль оказалась хитрее, чем думали: она царапает технику с помощью законов физики

Лунная пыль, с которой столкнулись астронавты "Аполлона", оказалась куда опаснее, чем выглядела со стороны. Она цеплялась за скафандры, забивалась в стыки и быстро превращала оборудование в абразивную ловушку. Сегодня, когда человечество снова готовится к длительным миссиям на Луне, борьба с этим "невидимым врагом" становится вопросом безопасности и ресурса техники. Об этом сообщает Рlanet today.

Почему пыль на Луне так агрессивна

Проблема начинается с самой среды: Луна лишена атмосферы, а значит, поверхность и аппараты напрямую подвергаются воздействию радиации и плазмы. Днём ультрафиолет и рентгеновское излучение выбивают электроны, и материалы получают положительный заряд, вокруг которого формируется фотоэлектронная оболочка. Ночью ситуация меняется: реголит и оборудование "собирают" электроны из окружающей плазмы, становясь отрицательно заряженными и создавая дебаевскую оболочку. Солнечный ветер добавляет нестабильности, постоянно подбрасывая в систему новые заряженные частицы.

В этих условиях пылевые зёрна тоже накапливают заряд и начинают активно взаимодействовать с любыми поверхностями. Именно поэтому они не просто оседают, а буквально прилипают, забиваются в разъёмы, царапают визоры и портят уплотнения.

"Юджин Сернан назвал это одним из самых раздражающих аспектов лунных операций", — отмечается в материалах о миссиях "Аполлон".

Модель столкновений: три силы до контакта

Исследователи из Пекинского технологического института, Китайской академии космических технологий и Китайской академии наук построили теоретическую модель, объясняющую, как ведут себя заряженные частицы пыли при сближении и столкновениях с поверхностями аппаратов на малых скоростях — то есть именно в тех режимах, которые характерны для работ на Луне.

До самого контакта на пыль действуют три электростатические силы. Первая — сила электрического поля: она либо притягивает, либо отталкивает частицу в зависимости от знака заряда. Вторая — диэлектрофоретическая: она возникает из-за искажения неоднородного электрического поля и тянет частицу туда, где поле сильнее, независимо от её заряда. Третья — сила изображения, когда на проводящей поверхности индуцируется противоположный заряд и возникает дополнительное притяжение, похожее на эффект "прилипания" наэлектризованного предмета.

Что происходит при ударе и как снизить прилипание

Как только пыль касается покрытия, вступают в игру другие механизмы. На низких скоростях доминируют силы Ван дер Ваальса — молекулярная адгезия, способная удерживать частицы даже тогда, когда электростатика уже не решающая. Учёные описывают столкновение в три этапа: сначала идёт упругая нагрузка с ростом притяжения, затем возможна деформация покрытия с рассеиванием энергии, а на разгрузке частица либо отскакивает, либо остаётся на месте — в зависимости от того, попала ли скорость в критический диапазон.

Практический вывод для будущих миссий звучит так: толстые диэлектрические покрытия с низкой диэлектрической проницаемостью уменьшают электростатическое притяжение. При этом важнее оказывается плотность заряда на частице, а не общий потенциал аппарата. Кроме того, материалы с низкой поверхностной энергией и шероховатой текстурой заметно снижают адгезию, а более крупные частицы чаще отскакивают, чем прилипают. Модель также помогает прогнозировать, где и как будет накапливаться пыль, что важно для выбора покрытий и проектирования систем пылеудаления при длительных лунных работах.